低碳永續 發揮虛擬電廠概念 迎接永續發展生力軍

發布時間:111年01月12日

電力調度處 電力交易平台


現代人對於各種電玩遊戲一定不陌生,在琳瑯滿目的遊戲類別裡,講求宏觀視野、機智果斷、謹慎細心的「策略經營」類型,更是深受許多玩家喜愛。想像有一款遊戲,玩家要匯集來自各地的資源,再依照需求量的變化妥善分配至全國,並在偶發事件出現時迅速進行決策,同時更要符合「安全、環保、成本最小化」等條件才能「三顆星通關」──你會否對這個挑戰躍躍欲試呢?

在現實中,這正是台電公司電力調度處(以下簡稱調度處)的同仁們每天的任務,他們運用各種資源與技術,使台灣的電力供需隨時保持平衡;而隨著「電力交易平台」在今(110)年7月1日正式揭牌啟用,又將為電力調度帶來什麼幫助呢?一起來認識吧!

運籌帷幄的供電指揮官
電力調度的工作目標是確保電力系統供電安全與穩定,時時刻刻都能平順地將電力供應給用戶,而這有賴於穩定控制輸出的電壓和頻率、並掌控好供給電量是否充足無虞。這項目標看似單純,實際上卻是艱鉅複雜的工作,調度處處長吳進忠說明,電力供給來自如核能、火力、水力、風力和太陽能等等各種形式的資源,各種來源的電力需要發出多少電量才能滿足用電需求,所仰賴的是調度處的負載預測。

根據目的不同,負載預測也有時間長短之別。台電針對如電源開發等動輒10年的長遠規劃,所需考慮的是產業結構及轉型;年度的負載預測所要顧及的則是電力系統的歲修排程、也連帶影響了燃料用量評估和採購預算編列;此外也有以月為單位的負載預測,將決定有多少電力設備能夠進行平時檢修;時間跨距更短的還有每日負載預測,調度處會參考氣象以及各種資訊,估算隔天每個小時的用電量後,再思考各種發電機組應該如何搭配,才能在符合安全、環保規定、最低成本的條件下滿足用電需求。

尤其能源轉型是國際趨勢,台灣也正積極發展再生能源,綠電供給量會隨天氣條件(如日照、風況等)變化的間歇性,亦成為調度電力時所要考量的元素之一。

負載預測只是沙盤推演、預估可能的用電狀況,至於實際應對包含非預期事件在內的諸多電力需求,便有賴所謂的備轉容量。吳進忠指出,長期以來備轉容量主要是由傳統的火力機組擔任救援投手,然而在追求環保永續的願景、以及供需平衡的變因都更加複雜的趨勢之下,電力系統不僅要降低對於備轉火力機組的依賴,也必須與時俱進、引入新資源擴充籌碼,才能增加電力調度的靈活性。

整合外部資源 織造彈性電網
各種外部資源皆有不同的作用,其中最能直接提升綠能穩定度的便是電池儲能系統。吳進忠樂觀看待儲能技術的前景,並指出台電已逐步引進儲能系統,國內各家廠商也積極地部署,透過將用電離峰時段的額外發電量儲存起來、發揮「削峰填谷」的效果,不僅減少將過多的風能和光能捨棄不用的狀況,未來也可以強化再生能源供電的穩定與韌性。

而另一項台電正在拓展的電力調度資源,則是需量反應(Demand Response)。吳進忠說明,全年8,760小時當中可能只有200小時是高負載狀態,傳統的滿足用電方式便是開發新電源、建置尖載機組,以供尖峰時刻調度,為此便需要經歷選址、環評、建造等等漫長程序,完工後每年卻可能只運轉尖峰的200小時。然而尖峰負載是否只能從供給端解決呢?需量反應提供了另一種看待問題的角度:藉由電力用戶在尖峰時段降低自身用電量的負載管理措施,讓電力系統擁有更多供電餘裕能分配給其他用戶,進而提升整體需求端的用電效率。

「透過用戶需量反應來支援電力調度的需求,其實是一種虛擬電廠的概念。假如我使用100度電,當我用電減少到70度,就相當於返還了30度給電力系統調度運用。」吳進忠指出,虛擬電廠概念在國外相當成熟而盛行,台灣則從民國97年開始引進此做法,隨著台電104年推出的需量競價、109年推行之「非傳統機組參與即時備轉輔助服務」、以及今(110)年7月正式上線的電力交易平台,如今這種由供需雙方共同協力的調度模式已有了穩固基礎。

電力交易平台上線 調度資源再添生力軍
電力交易平台為根據106年三讀通過的《電業法》修正案所建置,目前開設的是為電力系統提供「輔助服務」的市場,由台電作為買方,開放傳統發電業者、設有自用發電設備之業者、可即時配合調整用電行為之用戶、以及新興儲能設備業者彼此競價,使多元而分散的民間資源成為電力系統的一股助力。

關於加入交易平台的條件,凡是能夠提供備轉容量或「抑低」用電量至少達1,000瓩(kW)門檻的交易資源即符合初步資格。而為了鼓勵更多中小型用戶的響應,台電也接受民間以聚合(Aggregator)的形式參與平台,亦即由一位經過專業考試的「合格交易者」整合數名用戶一同加入輔助服務機制,以總和的方式滿足抑低量門檻。如此一來,願意接受調度的小容量分散資源也能獲得充分運用的機會。

  

除了抑低量的基本門檻,有意參與電力交易平台的民間單位還要能確實而迅速地回應調度需求,因此平時正常用電的平台成員一旦接收到台電的通訊,便必須在時限內降低指定的用電量、並維持一段時間。唯有通過「術科驗證」的單位才能依照自己適合的輔助服務類型,正式參與競價。而針對反應時間和持續時間的長短,目前平台上共有三種輔助服務商品:

「調頻備轉」為因應瞬時發電變動與系統偶發事故的輔助服務,以便確保頻率穩定,由於反應時間以秒為單位、並且持續時間較短,因此主要是開放給能夠根據系統頻率自動反應變化的儲能系統(自動頻率控制Automatic Frequency Control, AFC)。「即時備轉」是因應負載量突然升高的時刻,需要交易資源在10分鐘內配合調度指令, 並可維持1小時以上,形同是第一時間提供支援的先鋒部隊。相較之下,「補充備轉」則像是提供系統更多緩衝的增援部隊,負責在 30 分鐘內回應調度需求、並維持至少2小時。

談到電力交易平台的運作機制,吳進忠介紹,台電所採取的是日前輔助服務交易,亦即在前一日預測隔天所需的備轉需求量,開放平台成員報價競標後再以邊際價格決標。在此一機制下,不僅讓台電能取得最實惠的資源,競價用戶也有機會獲得比自己出價更高的得標價,為買賣兩造共創雙贏。

不只維持供電穩定 同時減碳護環境
源於虛擬電廠概念的需量反應機制扮演了尖載機組的角色,用電高峰時透過用戶的節能措施創造餘裕,而搭配儲能技術,則可以有效地將離峰時的發電量儲存起來,讓電力負載狀況更加平滑化、提升電力系統的穩定與用電效率。而其所創造的豐富商業機會也提供市場利基,強化了參與者持續投入的意願,實務上的可行性使機制本身擁有良好的運作體質。

不僅如此,這些多元的非傳統資源更具有環保上的積極意義。吳進忠說明:「如果只從供給端滿足用電需求、一味地興建尖載機組,而機組動力來源又是化石燃料,那麼難免會在環保方面形成壓力;不過讓用戶配合減少用電,對於環境並不會造成負擔。」

提高綠電比例誠屬能源轉型的目標,然而擴增再生能源發電量和併網量的同時,還必須確保電力系統的穩定健全,因此當電網的彈性不足以應對再生能源的間歇性時,綠電比例勢必有其發展上限。不過藉由導入輔助服務、整合包含儲能技術在內的外部資源之後,將可以大幅減少再生能源所受到的掣肘,成為落實環境永續的後盾。

展望台灣的能源使用以及環境永續,吳進忠期許:「平台畢竟只是一個機制,重要的是,平台參與者的內心要有為環保盡一份心力的認知。電源終究不可能無限增加,所以回到每個用戶身上,用電仍然要做最有效能的使用,節約用電、提高用電效率、做好負載管理,才是永續之道。」